Изменения климата за 15 лет: прогнозы и реальностьКатаклизмы
В 90-е годы XX столетия были предложены довольно совершенные, как казалось их создателям, математические модели, позволяющие прогнозировать состояние климата на Земле в ближайшие десятилетия. Недавно группа ученых из разных стран сравнила эти прогнозы с тем, что реально происходило за последние 15 лет. Выяснилось, что хорошо были предсказаны изменения содержания в атмосфере углекислого газа и приемлемо — ход температуры. Оба эти показателя возрастали в соответствии с ранее выявленными трендами. А вот средний уровень Мирового океана рос быстрее, чем ожидалось. С 1990-го по 2005 год он увеличился примерно на 4 см, а предсказывалось прибавление только на 2 см.
Для того чтобы предсказать ожидающие нас климатические изменения, ученые опираются на довольно сложные математические модели. А модели строят на основе того, что уже наблюдалось в предшествующие годы, и на понимании взаимосвязей физических процессов, происходящих на поверхности нашей планеты. Нужно знать, к примеру, как связаны между собой содержание в атмосфере парниковых газов и температура, или как от температуры зависит состояние крупнейших ледников (а они могут не только таять при потеплении, но и нарастать, например в центральных районах Гренландии и Антарктиды, поскольку там начинает выпадать больше осадков). Состояние ледников, в свою очередь, прямо сказывается на уровне Мирового океана. Чем больше воды на планете связано во льдах, тем ниже уровень океана.
Сопоставить предсказания моделей, предложенных в 1990-е годы, с тем, что действительно произошло за последние 15 лет, решила группа ученых из разных стран во главе со Стефаном Рамсторфом (Stefan Rahmstorf) из Потсдамского института изучения влияния климата (Potsdam Institute for Climate Impact Research, Германия). За основу были взяты сценарии, предложенные Межправительственной группой экспертов по изменению климата (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change). Хотя прогнозы эти были опубликованы в 2001 году, основывались они на данных, полученных до 1990 года, и не учитывали более поздних наблюдений. Результаты сопоставления реальности с модельными расчетами суммированы Рамсторфом и его коллегами в статье, опубликованной недавно в журнале Science.
Динамика содержания углекислого газа (верхняя панель) с 1990 года хорошо соответствовала предсказанному тренду. Данные по СО2 взяты из длинного ряда измерений, проведенных геофизической обсерваторией на горе Мауна-Лоа (см. также Mauna Loa Observatory) на Гавайских островах. А поскольку это всё же Северное полушарие, то средние значения для всего Земного шара должны быть чуть меньше в силу незначительной, но устойчиво сохраняющейся разницы между северной и южной половинками нашей планеты (в Южном полушарии содержание СО2 несколько ниже).
На графике хорошо видны также ежегодные небольшие, но в высшей степени регулярные колебания содержания СО2, возникающие как результат сезонных изменений в активности наземной растительности. Интенсивный фотосинтез растений в конце весны и летом приводит к тому, что СО2 в воздухе снижается и достигает минимума в начале осени. Процессы же, ведущие к поступлению углекислого газа в атмосферу, в отличие от фотосинтеза, продолжаются круглый год: это и дыхание всех организмов (в первую очередь бактерий и грибов, разлагающих основную массу отмершего органического вещества), и сжигание человеком топлива. Именно поэтому сезонный максимум содержания СО2 в атмосфере приходится на начало весны.
Среднегодовая температура (средняя панель графика) возрастает, совершая при этом некие колебания, которые трудно предсказать, поскольку они являются результатом случайного стечения разных обстоятельств в динамике атмосферы и океанических течений. За 16 лет, начиная с 1990 года, средняя температура на Земле возросла на 0,33°C. Эта величина, в общем соответствует прогнозам модели IPCC, но находится у верхней границы коридора допустимых значений.
Центральная линия возможного тренда изменения температуры была рассчитана в модели исходя из того, что при увеличении содержания СО2 в атмосфере в два раза температура возрастет на 3°, а крайние значения доверительных интервалов (границы «коридора неопределенности») соответствуют возрастанию средней температуры на 1,7° и 4,2° при удвоении концентрации СО2 в атмосфере. Возможно, что некоторое расхождение между прогнозом модели и действительностью связано с тем, что углекислый газ на самом деле оказывает более сильный эффект на температуру, чем ожидалось. Другое возможное объяснение — следствие недооценки охлаждающего воздействия аэрозолей, которые могут быть как естественного происхождения, так и образованные в результате хозяйственной деятельности человека (см.: Аэрозоли в атмосфере Земли, а также Atmospheric aerosols: what are they, and why are they so important?). Наконец, не исключено, что некоторое отклонение наблюдаемых величин от прогнозируемых объясняется внутренней вариабельностью самой климатической системы, следствием неизвестной нам динамики взаимодействия ее компонентов.
Наименее удовлетворительным оказался прогноз уровня Мирового океана (нижняя панель графика). За последнее время этот уровень возрастал заметно быстрее, чем предполагалось моделью IPCC. Реальное увеличение (по данным спутниковых измерений) с 1993-го по 2006 год составило в среднем 3,3 ± 0,4 мм за год, тогда как модель в качестве наиболее вероятной величины давала менее 2 мм за год. Авторы статьи отмечают, что рост уровня океана за последние 20 лет был более быстрым, чем за любое двадцатилетие в течение предшествующих 115 лет. Наблюдавшиеся значения соответствуют крайним цифрам, которые даны в модели как маловероятные и связанные с так называемой «неопределенностью в состоянии льда на суше». И хотя основной вклад в подъем уровня океана вносит простое тепловое расширение водной массы при увеличении глобальной температуры, значительную и, видимо, недооцененную роль играет и таяние ледников. Впрочем, самые последние публикации на эту тему (см. также Таяние ледников Антарктиды и Гренландии почти не сказывается на уровне Мирового океана, «Элементы», 09.04.2007) вроде бы свидетельствуют о незначительном влиянии таяния ледников Гренландии и Антарктиды на уровень океана.
Авторы приходят к заключению, что к научным прогнозам изменения климата следует отнестись со всей серьезностью. Ход содержания углекислого газа в атмосфере и изменения были предсказаны достаточно хорошо. А в случае с уровнем океана (наименее удовлетворительный вариант прогноза) действительность оказалась более угрожающей, чем предсказывалось.